谌婷婷

〔摘    要〕如今信息技术对于人类的影响越来越深刻，学生信息科技的教育也越来越受到重视，特别是当今国际环境紧张，我国高精尖行业承受巨大的发展压力，我们更加明白对于祖国未来人才的培养方向已到了不得不改变的地步。国内基于Scratch的学生计算思维培养的研究又非常匮乏，而学生创新创造能力的培养更是迫在眉睫，计算思维的培养应作为基础教育的重要维度之一。本研究通过对义务教育课程标准、国内外对于计算思维的研究找到切入点。主要涉及布鲁纳认知层次理论、“做中学”理论和任务驱动理论，以此为基础设计Scratch教学案例。

〔关键词〕计算思维；Scratch；教学案例；设计

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  08-0026-04

2022年版《义务教育信息科技课程标准》明确提出了核心素养的内在要求。现将信息技术课更准确地称为信息科技课，从课程更名中我们可以看出这不仅仅是一门技术类的学科，更是一门具有科学意义的学科，更加注重培养创新性与计算思维的能力。在新时代背景下，我们迫切需要创新型科技人才，信息科技课的核心素养主要包括信息意识、计算思维、数字化创新、信息社会责任。

国外对于Scratch的研究比较早而且研究较为深入，美国作为Scratch的开发国，在运用它来表达学生思维特点和想法上更是游刃有余。我国对于Scratch研究最早在2010年才进入中小学，例如我们现在Scratch课程于2013年6月才正式进入教育薄弱地区。此外，在这些地区素质教育不受重视，经常被语数主科占课，本身专任教师的缺失和专业培养的缺失更加导致基础教育对Scratch的研究不足。

一、计算思维培养目标

国内外各知名学者对计算思维的定义各有侧重点，而计算思维概念最早是2006年周以真教授提出的。这里的计算思维是指运用计算机科学进行问题解决的一系列思维活动，具体包括问题求解、系统设计、理解人类行为。现今我們探索的计算思维以Scratch软件作为载体，在Scratch这个以面向小学生的趣味性很强的编程软件设计里，也同样提出了计算思维的概念。美国麻省理工媒体实验室成员布伦南和雷斯尼克从过程设计实践的角度又将计算思维分为计算概念、计算实践和计算观点三个维度来解释。在义务教育课程标准中具体把计算思维的问题解决过程也就是计算实践部，分成抽象、分解、建模、算法设计等思维活动。结合布伦南、雷斯尼克的观点与义务教育的具体要求我们可以把它们进行整合，得到核心素养下的计算思维培养目标，见图1。

二、案例设计原则

（一）以学生为中心的原则

新课改下不再是教师一言堂，要充分尊重学生的主体地位，这里不是把课堂完全交给学生，而是指教师有的放矢地引导学生逐步解决困难，把大的问题分解成一个个小问题，最终实现解决问题的目的。在平时的教学实践中，教师应兼顾学生个体差异，同时需重视学生的能力培养。要充分调动学生的学习动力，把学生的学习兴趣和课堂学习有机地结合起来，使得学生可以进入深层次的学习。

（二）最近发展区原则

设置的任务符合学生的最近发展区原则，根据维果茨基的最近发展区原则，他认为学习者的发展水平分为现有水平和潜在水平两类。人们能独立完成任务且不需要他人帮助的水平被称为现有发展水平，而通过他人帮助或者协助获得解决问题的水平被称为潜在发展水平。根据这个理论需要我们教师在设置课程难度上充分地去分析学情，既不可设置得太过简单让学生思维难以得到锻炼，也不可设置得难度太大让学生难以完成，适当让他们通过多人协作或者在老师辅助的情况下能够解决当下的问题，这便是课堂设置难度掌握最好的方式。

（三）“做中学”理论

教育家杜威提出的“做中学”理论总结为教育即生活，教育即对现有生活的总结学习，而不是仅仅谈论学校教育。学习不是为以后的生活做准备，学生时代的生活与步入社会以后的生活同样重要。而我们这里要谈论的“做中学”理论就远远没有杜威学者提出的那样高深，对于一门技术性和科学性学科而言，在课堂上对于学生动手能力的锻炼是不可缺少的，对于学生边做边学的要求几乎是每堂课的要求。

（四）布鲁纳认知思维层次

人对于事物的认识是基于主动构建的过程，但在认识客观规律时也同样受学习者生活环境以及之前的生活经验所影响。根据布鲁纳的理论我们知道，人对于知识的理解大致可以分为六个层次。知道、领会、运用为低层次思考，分析、综合、评价为高层次思考。处于低层次思考时通常对于知识的掌握是不够牢靠，或者属于假性学习状态，例如仅仅对知识能够形成知道，即简单地听别人陈述一件事，属于知道阶段，简单的机械性背诵也属于此阶段。能够对知识内化成自己的理解并不只是简单地运用，而是通过深度分析，把知识迁移到其他的场景中，并且能够对于应用的内容和方法，进行客观公正的评价，反思不断优化的过程，我们可以把此阶段的学习称为高层次思考。而学习者在学习过程中则应尽量避免低层次思考，多进行高层次思考。教师在教学设计过程中同样要考虑学生从低层次思考转向高层次思考的过程，从知道、背诵、陈述到分析转化、应用、评价的过程，所以教学设计中教师应该层层递进且难度适中。

三、基于计算思维培养的Scratch教学案例设计

（一）Scratch的特点

Scratch2.0界面简洁，而且以模块化的语言作为基础，学生以类似于搭积木的形式就能完成简单的程序设计，不会让学生一接触编程化语言就有畏难情绪，而且多以有趣的场景、生动的角色、趣味性声音为主，可供学生选择的范围较为广泛。

（二）教学案例设计思路

注重创设的情境。情境创设有时对于一节课的成功与否甚至能够起到决定性作用，本研究中的Scratch课程设置为小学五年级的下册。根据小学生11岁左右的心理以及行為特点，心理学家皮亚杰研究得出7～12岁的学生正处于具体运算阶段，即能凭借具体事物或形象进行分类和理解逻辑关系。充分调动学生的好奇心以及求知欲，在情境中要注意找寻学生的生活实例。同时注意学生的自主学习与合作式学习，教师要学会适当放手，准确引导。让学生做课堂的主人，真正发挥他们的创造能力和发散性思维的能力。

分析问题、抽象化模型。以任务为导向，让学生明确任务，再根据任务线，一步一步完成。但刚接触到程序设计时，由于学生没有计算思维的能力，需要教师慢慢引导。分析问题，运用计算思维的方法把大的问题拆分成一个个子问题，通过解决一个个子问题，最后实现解决大问题的目的。分析问题是计算思维在问题求解里最基本的能力要求，需要学生在循序渐进中逐步养成这样的思想，进而提高运用计算机科学解决问题的能力。抽象化模型，即我们在对一个问题描述要求时，有时候仅仅用文字是不够的，很容易产生歧义，这时我们为了避免产生这样的问题，便可以通过流程图的设计来表达我们的意思，能一目了然地展现我们的功能需求。

动手操作、优化设计。对于程序的设计不是一蹴而就的，在完成基本功能以后我们需检查整个设计的合理性、美观性、逻辑性等，在不断地修正过程中形成知识更高阶的理解与发散。

展示评价。对于一堂课而言，评价环节大家并不陌生，但是在课程设计中却往往会忽视此环节，此环节在布鲁纳的理论中恰恰是对知识最高阶的理解，在同学们互相评价与教师评价中才能产生更多的对知识的高层次理解，以提高学生的审美、批判、多角度思考的能力。

（三）旋转色彩教学案例设计

1.创设情境，设疑启思

教师：“上节课我们已经初步了解了Scratch编程软件的魅力，并且已经知道了在Scratch中角色、背景的基本应用，这节课我们一起来继续畅游在Scratch编程的魔幻魅力中，大家在网上玩小游戏时用的画笔是什么样的？有没有非常特别的画笔给同学们介绍一下吧！我们平时用的画笔都过于单一，种类不多。今天我们来自己设计一个你喜欢的笔刷类型，让它能够旋转起来画画。”

在情境创设中运用学生熟悉的网上小游戏画笔来与Scratch中要设计的画笔产生自然连接，一下子与学生的生活经验连接起来，使学生更易于理解。

教师演示笔刷的种类设计，同时请学生发挥想象力画出自己喜欢的笔刷种类，多元智能理论中美学只能是人的八大智能，此时我们就可以锻炼学生的美学智能。

2.分析问题，抽象化模型

教师：“本节课我们的目的是设计一个画笔让它跟随鼠标指针旋转起来画画，我们已经完成笔刷的设计，现在我们还需要一个指令跟随鼠标，考虑如何让它旋转起来，接下来我们就一起完成流程图的设计：让笔刷画画、程序开始、分解任务（设计笔刷、旋转起来、跟随鼠标）、程序结束。”

教师展示今天需要完成的任务一：让笔刷旋转起来。此时让学生观察动画中有什么，考查、锻炼学生的直观细致观察能力，学生可以看到笔刷在旋转、鼠标移动到哪里笔刷便跟随到哪里，点击停止按钮笔刷才停下来。

教师：“从流程图里我们明确了我们的每一个步骤，把整体任务分解成子任务，我们就可以根据子任务来完成整个程序设计。在此过程中我们需要设计一个新的概念图章工具，它在画笔功能模块里，图章就是我们平常理解的复制的作用，就相当于盖印戳，可以盖一个或者无数个。”

3.学生动手操作、优化设计

在学生根据教师的展示中完成第一个简单的程序设计以后，分成小组讨论：“我们的程序设计里你觉得可以有哪些改进的地方，有哪些不合理的地方？”学生思考，通过讨论得出，笔刷的种类是否可以随意切换而不是在画的时候只能用一种笔刷，笔刷跟随鼠标指针移动时能不能按下鼠标指针才画图，不按下的时候不画图，能不能在画布画满时把画布清空重新画？笔刷旋转的角度能否更换呢？根据讨论最终得到完善的程序，如下图。

4.展示评价

每组学生完成作品以后，展示做得好的作品，并且其他组给予公正客观的评价，在展示过程中锻炼学生的表达能力以及思辨能力，各组之间取长补短，多角度思考问题。

学生一：“我们组的笔刷设计外观精美，在实现画图时能切换不同的笔刷，使得画面更加精美。”

学生二：“我们组在笔刷的旋转角度上做了更改，使得每朵花瓣画得更大更美，这样使得中间部分空出来，我们再想能不能换种笔刷把中间空心圆部分填满，这样一朵花瓣上就有两种笔刷，使得花瓣更加绚丽。”

教师：“你们能根据自己对于知识的加工多角度完善程序，每组的想法都值得借鉴，同学们课下也可以试一试自己的想法，看看能否实现。”

在展示评价时部分学生可能不清楚应该在哪些方面评价，所以笔者具体设计进行如下几方面评价：一是构思，包含主题明确、作品完整；文字、角色、舞台契合主题；作品有趣吸引人；作品运行操作清晰。二是美观性，包含界面布局合理，整体风格统一；色彩搭配好，视觉效果好；文字、颜色大小搭配适宜。三是技术性，包含选用模块合理，逻辑清晰流畅，代码可读性强；操作方便、易于控制；作品与读者有交互。四是创新性，包含主题表达形式新颖；内容创作注重原创性，构思巧妙。

5.拓展

中华文化博大精深，我们的汉字漂亮又寓意深刻，能否试着实现用设计的笔刷让程序自动写一个汉字呢？

在拓展部分基于核心素养下对于数字化创新部分提出要求，在中华文化的背景下，当代中小学生更应该坚定我们的文化自信，同时提醒他们在程序上的原创性，做一个诚实的好学生；这是提醒他们在互联网普及的当下，信息社会对于新一代的学生而言有着不可推卸的责任，这也是教师传递美好品德及价值观的重要契机。

本研究整合了新课标下核心素养的要求、Scratch中计算思维概念的界定和周以真教授对计算思维的定义最终形成对学生三维目标的要求。利用把案例分解成一个一个的小问题来解决的科学方法，意在逐步培养学生利用计算机求解问题的科学计算思维能力；利用杜威的“做中学”理论，让学生锻炼自己的动手能力。运用布鲁纳对知识的认识思维图，在案例设计中，让学生从知识的知道到知识的运用以及迁移，逐步掌握整个知识结构的方式让案例设计更加合理，在描述程序需求时我们借助了流程图，更能帮助同学们清晰地理解程序要求。

参考文献

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